液壓加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李洪雷

摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)在地面整機(jī)試車臺(tái)試驗(yàn)時(shí)，需要模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上的各種試驗(yàn)狀態(tài)。其中，液壓加載是發(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)提供動(dòng)力的一種方式。因此，液壓加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣，直接決定著飛機(jī)的性能好壞。傳統(tǒng)的液壓加載系統(tǒng)是用節(jié)流嘴或節(jié)流孔板來對系統(tǒng)的流量來做有級調(diào)節(jié)，因此無法兼容多種型號發(fā)動(dòng)機(jī)的加載試驗(yàn)要求。為解決個(gè)問題，新設(shè)計(jì)了一套利用電液比例閥來對流量進(jìn)行控制的新型液壓加載系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)流量的無級可調(diào)，可兼容多種型號液壓加載泵的試驗(yàn)要求，并在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的零部件做了部分計(jì)算和仿真，實(shí)際應(yīng)用中較傳統(tǒng)的加載系統(tǒng)性能大大提高。

關(guān)鍵詞：液壓加載；流量調(diào)節(jié)

飛機(jī)在起飛或者降落過程中需要收放起落架、飛行過程中需要調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)，這些狀態(tài)都是通過液壓加載系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件來實(shí)現(xiàn)。加載系統(tǒng)的動(dòng)力就是來源于通過液壓泵提取的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。地面試車時(shí)，液壓加載系統(tǒng)是為了模擬飛機(jī)液壓泵的工作，提取發(fā)動(dòng)機(jī)的功率后對發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)來進(jìn)行測量，并評估發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)的影響。液壓系統(tǒng)包括地面液壓泵、發(fā)動(dòng)機(jī)柱塞泵、電液比例閥、油液冷卻系統(tǒng)、供油回油和殼體回油管路、測量控制系統(tǒng)等部分組成。

1 液壓加載系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

液壓加載系統(tǒng)作為試車臺(tái)工藝設(shè)備，根據(jù)試車要求對發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足試驗(yàn)的驗(yàn)證。通過流量比例閥調(diào)節(jié)泵的流量大小，因流量大小的不斷變化，液壓管路中油液不斷的對管路進(jìn)行沖擊，造成管路的振動(dòng)特別大。所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮。根據(jù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并通過仿真模擬計(jì)算，加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：

a.操縱性要求：規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)能夠遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對液壓泵輸出流量的控制。

b.安全性要求：液壓加載系統(tǒng)在工作過程中由于流量變化較大，對液壓管路的沖擊和振動(dòng)較大。因此，需對系統(tǒng)有良好的保護(hù)措施，防止液壓泵過載和因?yàn)檎駝?dòng)沖擊較大等因素對管路的元器件造成損壞。

c.其他性能要求：對系統(tǒng)中的零部件標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造成本。各部件要有很高的工作可靠性和耐久性。

2 液壓加載系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用電液比例流量控制閥無級調(diào)節(jié)管路流量的方式，先導(dǎo)式液壓操縱，整體插裝閥式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，流通能力大，動(dòng)作速度快，工作可靠，不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)試驗(yàn)要求，對不同的航空液壓泵和流量控制進(jìn)行操縱。

根據(jù)液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作特性，系統(tǒng)的最大功率情況是液壓泵在額定工作壓力情況下，流量最大的時(shí)候。系統(tǒng)不對外做功，因而全部壓力能最后全部都轉(zhuǎn)換成熱能，使系統(tǒng)升溫。

〖JZ〗phr=PQ=175KW

2.1 管道熱損失計(jì)算

液壓油在管道流動(dòng)，管路的外壁溫度往往高于周圍環(huán)境的溫度，因此，熱量將由管路壁面以對流和輻射兩種傳熱方式散失于周圍的環(huán)境中，造成熱損失。管路損失的熱量應(yīng)等于對流傳熱和輻射傳熱兩部分熱量之和。[1]

〖JZ〗Q=aTSW（tw-t）

式中：Q為總熱損失量（W）；

αT—總傳熱系數(shù)，W/（m2k）；

sw—管外壁表面積，m2；

tw—管道壁溫度，℃；

t—環(huán)境溫度，℃。

〖JZ〗Q=127.8W

2.2 散熱器的選擇

冷卻面積：

〖JZ〗A=〖SX（〗phr-phC[]KΔtm〖SX）〗

式中，K為冷卻器的散熱系數(shù)，用板式冷卻器是，取K=465w/m2k。

Δtm為平均溫升。

〖JZ〗Δtm=〖SX（〗T1+T2[]2〖SX）〗-〖SX（〗t1+t2[]2〖SX）〗

其中，T1、T2分別為液壓油的進(jìn)口和出口溫度；

t1、t2分別為冷卻水或風(fēng)的進(jìn)口和出口溫度。

取油進(jìn)入冷卻器的溫度T1、T2分別為65℃和55℃，冷卻水進(jìn)口溫度t1=20℃，冷卻水出口溫度t2=30℃。則：

〖JZ〗Δtm=27.5℃

所需冷卻面積

〖JZ〗A=〖SX（〗phr-phC[]KΔtm〖SX）〗=13.68m2

考慮到實(shí)際試驗(yàn)中，冷卻器會(huì)進(jìn)行長時(shí)間的工作使用，設(shè)備不可不免的會(huì)腐蝕生銹或累積水垢，這些都會(huì)對散熱產(chǎn)生比較大的影響。因此，散熱面積應(yīng)比計(jì)算面積大30%或更多，實(shí)際選用冷卻器散熱面積為：

〖JZ〗A=17.78m2

3 蓄能器的設(shè)計(jì)

蓄能器在液壓系統(tǒng)中是一種液壓能儲(chǔ)存裝置。當(dāng)管路中流量比例閥快速動(dòng)作時(shí)，管路中的流量會(huì)劇烈變化，使油液對系統(tǒng)管路產(chǎn)生巨大的沖擊，同時(shí)使系統(tǒng)的壓力在較短時(shí)間內(nèi)迅速升高，對儀器儀表、密封裝置等產(chǎn)生很大的損害。為避免這些問題，液壓加載系統(tǒng)中需要采用蓄能器，它的選擇應(yīng)充分考慮這些問題。本系統(tǒng)采用氣囊式液壓蓄能器，油氣隔離，油不易氧化，反應(yīng)靈敏。

蓄能器選擇：類型為氣囊式，型號為NXQ1L10/31.5H。

4 結(jié)論

通過對系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的流量、散熱面積等計(jì)算、舍棄老式的節(jié)流嘴流量控制方式并采用比例閥控制方式，使系統(tǒng)可兼容多種型號液壓加載泵，同時(shí)系統(tǒng)的可靠性和工作人員的工作效率也大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].2011.